پیشرانه یونی Ion thruster

پیشرانه یونی موتوری الکتریکی برای فضاپیماهاست. به جای سوزاندن سوخت شیمیایی، اتم‌های یک گاز را یونیزه می‌کند و یون‌ها را با میدان الکتریکی تا سرعت‌های بسیار بالا می‌راند. واکنش این پرتاب، فضاپیما را در جهت مخالف جلو می‌برد.

پیشرانه یونی چگونه کار می‌کند؟

نخست الکترون‌ها به اتم‌های سوخت، که بیشتر زنون است، برخورد می‌کنند و آن‌ها را به یون مثبت تبدیل می‌کنند. سپس شبکه‌هایی با ولتاژ بالا یون‌ها را شتاب می‌دهند و با سرعت چند ده کیلومتر در ثانیه از موتور بیرون می‌اندازند. برای آنکه فضاپیما بار الکتریکی نگیرد، پرتو یونی با الکترون‌هایی از یک «خنثی‌ساز» خنثی می‌شود. توان لازم از پنل‌های خورشیدی یا گاهی از منبع هسته‌ای می‌آید.

در گونهٔ دیگری به نام پیشرانه هال، میدان مغناطیسی الکترون‌ها را به دام می‌اندازد و یون‌ها را بدون شبکه شتاب می‌دهد.

مزیت و محدودیت پیشرانه یونی چیست؟

مزیت اصلی، بازده بسیار بالاست. ایمپالس ویژهٔ این موتورها، که سنجهٔ کارایی مصرف سوخت است، معمولاً چندین برابر موتورهای شیمیایی است؛ پس فضاپیما با سوخت اندک سرعت زیادی می‌گیرد. در برابر، نیروی رانش بسیار کوچک است و در موتورهای رایج چند میلی‌نیوتن تا حدود صد میلی‌نیوتن است، یعنی در حد وزن یکی دو ورق کاغذ، و فقط در مدل‌های بسیار پرتوان به حدود یک نیوتن می‌رسد. بنابراین برای پرتاب از سطح سیاره به کار نمی‌آید و فقط در خلأ فضا و با روشن ماندن ماه‌ها یا سال‌ها اثرش دیده می‌شود.

کجا از پیشرانه یونی استفاده شده است؟

فضاپیمای «دیپ اسپیس ۱» ناسا در سال ۱۹۹۸ نخستین فضاپیمایی بود که از پیشرانه یونی به‌عنوان موتور اصلی میان‌سیاره‌ای استفاده کرد. پس از آن فضاپیمای دان با همین فناوری به دور وستا و سرس گردید و نخستین فضاپیمایی شد که به دور دو جرم فرازمینی مدار گرفت. هایابوسا ۲ و بپی‌کلمبو نیز از پیشرانه‌های الکتریکی بهره می‌برند. بسیاری از ماهواره‌های مخابراتی و ماهواره‌های استارلینک هم برای تغییر و حفظ مدار از پیشرانه‌های الکتریکی استفاده می‌کنند.

پرسش‌های رایج

### پیشرانه یونی چقدر نیرو تولید می‌کند؟
پیشرانه یونی نیروی بسیار کمی دارد، در حد چند میلی‌نیوتن تا چند ده یا صدها میلی‌نیوتن. این نیرو برای برخاستن از زمین کافی نیست، ولی در فضا با کار طولانی سرعت فضاپیما را به‌تدریج زیاد می‌کند.

### چرا از زنون در پیشرانه یونی استفاده می‌کنند؟
زنون گازی نجیب و بی‌اثر است، اتم‌های سنگینی دارد و به‌آسانی یونیزه می‌شود. این ویژگی‌ها آن را برای پیشرانه یونی سوختی کارآمد و بی‌خطر می‌کنند؛ البته گاهی کریپتون و آرگون هم به کار می‌رود.

### آیا پیشرانه یونی می‌تواند انسان را به مریخ برساند؟
پیشرانه یونی به‌تنهایی نیروی کافی برای پرتاب انسان ندارد، اما می‌تواند در سفرهای باربری و مأموریت‌های طولانی به‌کار رود. ترکیب آن با موتورهای شیمیایی یکی از گزینه‌های بررسی‌شده برای سفرهای آینده است.